氮化镓芯片走向高度集成化，四大芯片原厂已经布局
前言
氮化镓快充市场的持续升温，让众多产业链相关企业看到了机遇，纷纷布局。在氮化镓技术的助推下，“高功率、高效率、高密度”已经成为快充领域的高频词汇，但并不是所有应用了氮化镓技术的产品都能实现上述要点。
如何让基于氮化镓技术做出更小体积、更高效率、更高功率密度电源的产品？充电头网在此前发布的《氮化镓快充十大发展趋势前瞻！》文章中，介绍了合封氮化镓芯片的趋势。
合封氮化镓芯片的优势在于，将大部分主要的功能和控制电路集成在一颗芯片内，从而得到精简的外围电路。外围元器件的数量减少，降低了对PCB板面积的要求，在小型化电源产品开发中，无需借助多块小块PCB板，一块主PCB板就能完成所有元器件的布局，搭配平面变压器，轻松实现超薄“饼干”充电器的设计。除此之外，合封氮化镓芯片较分立器件的氮化镓方案来说，系统成本方面也更具有优势。
目前市面上合封氮化镓芯片主要可分为四种类型：控制器+驱动器+GaN、驱动器+GaN、驱动器+2*GaN、驱动器+保护+GaN。近日，PI、东科、艾科微、英飞凌四大厂商在合封氮化镓芯片方面纷纷给出了自己的解决方案。
PI：走集成化路线，实现器件和效率最优化
PI全称Power Integrations，是一家老牌的电源芯片公司，并且一直致力于小功率AC-DC电源芯片领域，其产品思路就是走集成化路线。在刚刚结束的「2021（春季）USB PD&Type-C亚洲展」上，PI AC-DC产品线现场应用工程师 符再兴介绍了他们解决方案：InnoSwitch3和MinE-CAP。
符再兴表示，目前快充充电器实现小型化的最大痛点就是效率，但反激开关电源技术已经发展多年，想要进一步大幅提升效率非常难。如果需要极致提升效率，则需要不断的优化电路设计，精确控制每一个参数，确保每一个器件都达到最佳的性能。这也是PI InnoSwitch3系列芯片的优势所在，其内置的SenseFET无损检测电路，相比传统分立器件的原边检测能够降低一些损耗，对提升效率很有帮助。
同时，PI InnoSwitch3芯片还集成了FluxLink技术，这项技术可以实现原边和副边的实时通信，通过次级控制器控制原边的开关 ，从而最大程度地实现同步整流MOS导通时间，实现最佳效率。
并且得益于集成化的设计，在同功率输出的情况下，使用InnoSwitch3系列开发的产品较常规方案将节省十几颗外围器件，这也是充电器实现小型化设计的前提条件。
氮化镓在近几年成为了快充市场的宠儿，PI也推出了他们的解决方案PowiGaN系列；得益于PowiGaN开关拥有更低的RDS(ON)和开关损耗，可实现效率提升，并且PowiGaN在设计时就对氮化镓的驱动电路进行了优化，所以电源工程师在产品开发时无需担心驱动难调、EMI难调、电路布局不好处理等问题。
符再兴继续说到，采用氮化镓技术并不是实现充电小体积的唯一方式，因为当充电器工作频率很低时，适当提升开关频率，变压器的体积会得到大幅减小，但如果继续提高工作频率，变压器的体积变化就并不会特别明显了。
所以除了PowiGaN主控芯片之外，PI还推出了MinE-CAP系列解决方案。这也是最新推出的PowiGaN IC，通过高耐压电容和低耐电容的搭配使用，可以将原有传统设计中大电容的尺寸减小50％左右，为超小型电源设计带来了全新的方法。
东科：合封GaN芯片加速氮化镓快充普及
东科半导体无锡有限公司副总经理 孙经纬介绍到，行业正处于一个氮化镓的风口，最近几个月发展迅猛，不过目前氮化镓的主流应用还是在消费类电子领域，氮化镓在汽车领域的应用刚起步，工业应用等更大的市场领域还有待发掘。
安徽省东科半导体有限公司于2009年成立，主要从事开关电源芯片、同步整流芯片、BUCK电路电源芯片等产品研发、生产和销售，并拥有DIP-8、SOP-8、SM-7、SM-10、TO-220等多种产品封装能力。东科从一开始的AC-DC合封三极管方案，到后来的合封同步整流的方案，目前已经推出了众多经典的合封产品。
在氮化镓快充市场的风口，东科也利用自身在合封芯片领域的经验，推出了6款合封氮化镓功率器件的快充电源管理方案，产品覆盖12W、25W、36W、45W和65W众多功率段。
借助氮化镓的高效率优势，东科已经在ESOP8封装内实现了45W功率的输出，在QFN5*6封装内实现了65W功率的输出，并且芯片的频率可达到200kHz，再一次打破了行业记录，为高密度电源设计提供芯片级解决方案。
在成本、调试难度、产品可靠性等因素的影响下，QR成为当前氮化镓快充市场主流的方案，东科目前推出的合封氮化镓芯片也主要以QR架构为主。据介绍，基于东科合封氮化镓芯片开发的方案，相比市面上同功率的ACF架构方案外围元器件可以节省50%以上。
此外，东科也基于QFN8*8封装开发的一款基于AFC架构的合封氮化镓功率芯片将于几个月后面世，其工作频率可达到500kHz。东科之所以突出12W、25W小功率的合封氮化镓芯片，主要是对产品成为进行了严格考量。相比传统的硅功率器件，东科小功率合封氮化镓主控芯片在标准的电源适配器市场中仍然十分具有竞争力。
艾科微：DFN6x6封装集成控制+驱动+氮化镓
艾科微电子资深产品应用技术经理 郭建亨认为，对于快充而言，仅仅只做芯片是不够的，因为芯片最终需要驱动的是功率器件，所以艾科微是在功率器件的基础上做芯片，目前在功率器件和控制芯片两个领域都有布局。
针对氮化镓快充市场，艾科微推出了高集成高压原边控制芯片，其集成控制器、驱动器和氮化镓功率管，外围器件少设计简单，相对于传统方案设计而言，可减少50%空间。芯片采用DFN6x6封装，支持130KHz操作频率，同时减少封装寄生效应。
郭建亨介绍到，基于该芯片设计的DEMO功率密度可达1.6W/cm³，并可以支持笔电65W PD快充，充分展现了合封芯片实现充电器的小型化优势。
艾科微电子专注于高功率密度整体方案开发，并以解决高功率密度电源系统带来的痛点与瓶颈为使命，核心团队具备超过 20 年专业经验于功率半导体产业，通过不断的创新及前瞻的系统架构并深入结合功率器件及高效能封装，来实现高品质、高效能与纯净的电源系统，以满足市场对未来的需求。
英飞凌：针对高密度快充推出合封驱动器的GaN芯片
英飞凌在氮化镓功率器件领域已经深耕多年，已经推出了多颗氮化镓功率器件。为了应对小功率的PD快充电源市场，英飞凌推出了集成式的氮化镓功率芯片，将驱动和GaN集成在一起，并且在封装方面做出了很多改善。
英飞凌全球低功率电源全球市场总监 胡凤平认为，氮化镓与传统硅功率器件相比，最大的优势在于高频，但是高频下极易出现串扰，特别是在多个管并联的情况下，如：半桥。英飞凌氮化镓功率芯片通过特殊的封装方式，可以将串扰降到最低，实现最佳性能。
与此同时，英飞凌还推出了拥有更高集成度的半桥产品，内置两颗140mΩ导阻氮化镓开关管，可提供数字PWM信号输入。通过合封了驱动器和两颗氮化镓功率器件，让外围电路变得更加精简，在产品开发应用过程中减少PCB占板面积，实现快充电源产品的小型化。
充电头网总结
氮化镓技术在消费类电源领域的大规模商用，带来了电源配件产品功率密度的一次大提升。借助GaN功率器件高频、高效的特性，体积小巧、更加便携的高密度快充逐渐取代了传统的传统板砖式电源适配器，用户使用体验得到大幅改善。
在氮化镓技术商用大范围商用的过程，产品技术也在不断升级迭代。为了实现更高功率密度，氮化镓快充领域除了传统的单管之外，产品的封装形式也呈现了多样化的发展。充电头网从本次USB PD&Type-C亚洲展上了解到的信息显示，合封的氮化镓功率芯片将成为未来市场主要的发展方向。
随着氮化镓功率器件的大规模量产商用，其成本正在逐年下降。合封氮化镓功率芯片的出现，不仅有助于实现快充电源的高密度，在降低产品的系统成本方面更隐藏着巨大优势。
未来氮化镓快充市场将出现哪些新产品，我们拭目以待！